DE102016202534A1

DE102016202534A1 - Verfahren zum Vorbereiten eines Motorstarts und Elektromotor zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102016202534A1
Application number: DE102016202534.1A
Authority: DE
Inventors: Oliver Gerundt; Matthias Schumacher; Daniel Held; Stefan Woerz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-02-18
Filing date: 2016-02-18
Publication date: 2017-08-24
Also published as: CN107091186A; CN107091186B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorbereiten eines Motorstarts. Hierin wird eine Kurbelwelle (2) eines abgeschalteten Verbrennungsmotors (1) fixiert, während mindestens eine Nockenwelle (3, 4) des Verbrennungsmotors (1) verstellt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Elektromotor, der mit einem Verbrennungsmotor (1) koppelbar ist. Dieser ist dazu eingerichtet, um eine Kurbelwelle (2) des Verbrennungsmotors (1) in einer vorgegebenen Position zu halten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorbereiten eines Motorstarts. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das Computerprogramm gespeichert ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um einen Motorstart mittels des Verfahrens vorzubereiten. Schließlich betrifft die Erfindung einen Elektromotor, der in dem Verfahren verwendet werden kann.
Stand der Technik
Direkteinspritzende Ottomotoren können ohne Zuhilfenahme eines Starters in einem sogenannten Direktstart gestartet werden. Die Möglichkeit des Direktstarts wird insbesondere bei Motoren genutzt, die über ein Start-/Stoppsystem verfügen. Um die Zuverlässigkeit des Direktstarts zu erhöhen, können die Nockenwellen des Motors mithilfe von hydraulischen oder elektromechanischen Nockenwellenphasenstellern relativ zur Kurbelwelle des Motors vor dem Direktstart so verstellt werden, dass die Verdichtung der am nächsten zu verdichtenden Zylinder nicht zu hoch wird. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Zünd Obere Totpunkt (ZOT) sicher überwunden werden kann.
Offenbarung der Erfindung
In dem Verfahren zum Vorbereiten eines Motorstarts, insbesondere eines Direktstarts, wird eine Kurbelwelle eines abgeschalteten Verbrennungsmotors, insbesondere eines Ottomotors, fixiert, so dass sie sich nicht mehr drehen kann, während mindestens eine Nockenwelle des Verbrennungsmotors verstellt wird. Bei reibungsoptimierten Verbrennungsmotoren kann es durch relativ hohe Momente, welche durch Ventilfedern verursacht werden, dazu kommen, dass beim Vorbereiten des Motorstarts nicht nur mindestens eine Nockenwelle verstellt, d. h. verdreht wird, sondern dass die Kurbelwelle hierbei mit verdreht wird. Durch das Fixieren der Kurbelwelle während des Verstellens mindestens einer Nockenwelle kann dies verhindert werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird zum Fixieren der Kurbelwelle ein Starter in einen Starterzahnkranz des Verbrennungsmotors eingerückt. Hierbei wird der Startermotor des Starters nicht in Drehung versetzt. Dies kann erreicht werden, indem nur ein Relais des Starters bestromt wird. Durch diese Maßnahme wird das Moment erhöht, das den Kurbeltrieb der Kurbelwelle am Verdrehen hindert. Somit wird bei Betätigen des Nockenwellenstellers nur die Nockenwelle, nicht aber die Kurbelwelle verdreht.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird ein mit dem Verbrennungsmotor gekoppelter Elektromotor zum Fixieren der Kurbelwelle so angesteuert, dass er die Kurbelwelle in einer vorgegebenen Position hält. Bei diesem Elektromotor kann es sich insbesondere um den Starter handeln. Die Kopplung zwischen dem Elektromotor und dem Verbrennungsmotor kann dann in der voranstehend beschriebenen Weise durch Einrücken des Starters in den Starterzahnkranz erfolgen. Hierbei erfolgt jedoch nicht nur eine passive Erhöhung des Moments, sondern der Startermotor hält die Kurbelwelle aktiv in ihrer Ausgangsposition. Dazu wird er so bestromt, dass er einer durch die Nockenwellensteller verursachten Verdrehbewegung der Kurbelwelle entgegenwirkt.
Auch andere mit dem Verbrennungsmotor gekoppelte Elektromotoren können jedoch in derselben Weise verwendet werden, um ein Fixieren der Kurbelwelle zu erreichen. Wenn in einem Hybridkraftfahrzeug der Verbrennungsmotor mechanisch mit einem Elektromotor gekoppelt ist, welcher zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, so kann durch geeignetes Ansteuern dieses Elektromotors ebenfalls ein Fixieren der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors erreicht werden.
In noch einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird zum Fixieren der Kurbelwelle ein Ölkreislauf des Verbrennungsmotors stromabwärts seiner Ölpumpe abgesperrt. Die Ölpumpe eines Verbrennungsmotors wird von seiner Kurbelwelle angetrieben, indem ein Kurbelwellenzahnrad über eine Steuerkette mit einem Ölpumpenzahnrad verbunden ist. Durch Absperren des Ölkreislaufs wird eine Drehbewegung der Ölpumpe und damit auch des Ölpumpenzahnrades verhindert. Dieses blockiert durch seine mechanische Kopplung mit der Kurbelwelle eine Verdrehbewegung der Kurbelwelle und fixiert diese somit.
Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder elektronischen Steuergerät abläuft. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert.
Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät, wird ein elektronisches Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um einen Motorstart vorzubereiten, indem eine Kurbelwelle eines abgeschalteten Verbrennungsmotors fixiert wird, während mindestens eine Nockenwelle des Verbrennungsmotors verstellt wird.
Der Elektromotor, welcher insbesondere ein Starter ist, ist mit einem Verbrennungsmotor koppelbar. Er ist dazu eingerichtet, um eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in einer vorgegebenen Position zu halten. Hierzu ist er insbesondere so ansteuerbar, dass er einer auf ihn wirkende Verdrehbewegung entgegenwirkt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
1 zeigt schematisch Komponenten eines Verbrennungsmotors, dessen Motorstart mittels eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens vorbereitet werden kann.
2 zeigt eine Schnittdarstellung des Verbrennungsmotors gemäß 1.
3 zeigt einen als Starter ausgeführten Elektromotor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
Ein Verbrennungsmotor 1, der als direkteinspritzender Ottomotor ausgeführt ist, ist in 1 dargestellt. Er weist eine Kurbelwelle 2 und zwei Nockenwellen 3, 4 auf. Eine Ölpumpe 5 ist in einem Ölkreislauf 6 des Verbrennungsmotors 1 angeordnet. Ein Absperrventil 61 stromabwärts der Ölpumpe 5 ermöglicht ein Absperren des Ölkreislaufs 6. Ein elektronisches Steuergerät 7 ist dazu eingerichtet, um die Komponenten des Verbrennungsmotors 1 zu steuern.
In 2 ist dargestellt, wie ein an der Kurbelwelle 2 angeordnetes Kurbelwellenzahnrad 21 eine Steuerkette 8 des Verbrennungsmotors 1 antreibt. Zwei Nockenwellenzahnräder 31, 41 greifen in die Steuerkette 8 ein und übertragen so die Drehbewegung der Kurbelwelle 2 auf die beiden Nockenwellen 3, 4. Weiterhin greift ein Ölpumpenzahnrad 51 in die Steuerkette 8 ein, so dass die Ölpumpe 5 durch die Drehbewegung der Kurbelwelle 2 angetrieben werden kann.
Der Verbrennungsmotor 1 weist einen Starter 9 auf. Dieser ist in 3 dargestellt. Der Starter 9 ist ein Elektromotor, welcher ein Starterzahnrad 91 aufweist. Durch Bestromen eines Starterrelais kann der Starter 9 so in einen Starterzahnkranz 11 des Verbrennungsmotors eingerückt werden, dass das Starterzahnrad 91 in den Starterzahnkranz 11 eingreift. Dies ermöglicht ein herkömmliches Starten des Verbrennungsmotors 1.
Um einen Direktstart des Verbrennungsmotors 1 durchzuführen, erfolgt eine Zündung eines in einem Zylinder des Verbrennungsmotors 1 eingeschlossenen Kraftstoff-/Luftgemisches, ohne dass der Starter 9 zuvor in den Starterzahnkranz 11 eingerückt und die Kurbelwelle 2 mittels des Starterzahnrades 91 in Drehung versetzt würde. Hierzu ist es allerdings erforderlich, dass der Ventiltrieb des Verbrennungsmotors 1 in eine Phase gebracht wird, bei der seine Zylinder nicht die volle Verdichtung erreichen. Anderenfalls würde das Drehmoment der ersten Zündung nicht ausreichen, um den zweiten Zylinder des Verbrennungsmotors 1 über den Zünd Oberen Totpunkt zu befördern.
In einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Direktstart hierzu vorbereitet, indem die beiden Nockenwellen 3, 4 mithilfe von Nockenwellenphasenstellern relativ zur Kurbelwelle 2 so verstellt werden, dass die für den Direktstart optimale Verdichtung erreicht wird. Da die beiden Nockenwellenzahnräder 31, 41 über die Steuerkette 8 mit dem Kurbelwellenzahnrad 21 gekoppelt sind, besteht hierbei die Gefahr, dass die Kurbelwelle 2 mit verdreht wird. Um dies zu verhindern, wird die Kurbelwelle 2 bei der Vorbereitung des Direktstarts in ihrer aktuellen Position fixiert. Dies wird erreicht, indem der Starter 9 in den Starterzahnkranz 11 eingerückt wird. Der Starter 9 ist so ausgeführt, dass er vom Steuergerät 7 angesteuert werden kann, um die Kurbelwelle 2 in ihrer aktuellen Position zu halten. Ein über die Steuerkette 8 auf das Kurbelwellenzahnrad 21 wirkendes Moment müsste also zum einen das Moment überwinden, welches durch das Eingreifen des Starterzahnrades 91 in den Starterzahnkranz 11 erzeugt wird und zum anderen auch noch die Gegenbewegung des Starters 9 überwinden. Hierdurch wird ein Verdrehen der Kurbelwelle 2 verhindert.
Zusätzlich wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Verstellen der Nockenwellen 3, 4 auch noch das Absperrventil 61 geschlossen, so dass kein Öl mehr im Ölkreislauf 6 zirkulieren kann. Dadurch wird eine Drehbewegung der Ölpumpe 5 verhindert, so dass auch das Ölpumpenzahnrad 51 sich nicht mehr bewegen kann. Da dieses über die Steuerkette 8 mit dem Kurbelwellenzahnrad 21 gekoppelt ist, erfolgt auf diesem Wege eine zusätzliche Fixierung der Kurbelwelle 2 in ihrer aktuellen Position.
Sobald das Verstellen der beiden Nockenwellen 3, 4 abgeschlossen ist, wird die Fixierung der Kurbelwelle 2 zurückgenommen, indem der Starter 9 wieder aus dem Starterzahnkranz 11 ausgerückt wird und das Absperrventil 61 geöffnet wird. Damit wird sichergestellt, dass beim Durchführen des Motorstarts wieder eine freie Drehbarkeit der Kurbelwelle 2 gewährleistet ist.

Claims

Verfahren zum Vorbereiten eines Motorstarts, worin eine Kurbelwelle (2) eines abgeschalteten Verbrennungsmotors (1) fixiert wird, während mindestens eine Nockenwelle (3, 4) des Verbrennungsmotors (1) verstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Fixieren der Kurbelwelle (2) ein Starter (9) in einen Starterzahnkranz (11) des Verbrennungsmotors (1) eingerückt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Verbrennungsmotor (1) gekoppelter Elektromotor zum Fixieren der Kurbelwelle (2) so angesteuert wird, dass er die Kurbelwelle (2) in einer vorgegebenen Position hält.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein Starter (9) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Fixieren der Kurbelwelle ein Ölkreislauf des Verbrennungsmotors (1) stromabwärts seiner Ölpumpe (5) abgesperrt wird.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 6 gespeichert ist.
Elektronisches Steuergerät (8), welches eingerichtet ist, um einen Motorstart mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 vorzubereiten.
Elektromotor, der mit einem Verbrennungsmotor (1) koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass er dazu eingerichtet ist, um eine Kurbelwelle (2) des Verbrennungsmotors (1) in einer vorgegebenen Position zu halten.
Elektromotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Starter (9) ist.